(57)【要約】【目的】広い周波数帯域に亘るハンドピース騒音を気導と骨伝導のいずれについても消音する。【構成】治療中の患者にとって精神的に苦痛となるハンドピース回転音を、該患者の口腔内においてハンドピース内蔵マイク１２で取得し、その位相反転音を気導用スピーカ４２から出力することによって消去する。消去しきれない音（音ずれ）を患者耳元マイク１３で取得し、そのデジタル変換値と、メモリ２１に記憶したハンドピース稼働中及び／又は空転中の回転周波数とを参照して、ハンドピース回転音の周波数帯域に属すると判断される差分値を抽出し、この差分値を消去するための位相調整を行うフィードバック制御によって音ずれを補正する。さらに、稼働判定手段（ＡＬＵ）２０がハンドピース稼働中と判定したときに、歯牙圧着マイク１４で取得した骨伝導音の位相反転音を骨伝導用スピーカ３３から出力して消去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で回転しているときの音の周波数を記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かをＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した回転音周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システム。
【請求項２】
歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で空転しているときに生ずる音の周波数と歯の切削治療に稼働しているときに生ずる音の周波数とを記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換する第一のＡ／Ｄ変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かを第一のＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び／又は稼動中の周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、気導用スピーカからの位相反転音出力によってもなお患者が聴取する音を取得する第三のマイクと、第三のマイクが取得した音をデジタル変換する第二のＡ／Ｄ変換手段と、第二のＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び／又は稼動中の周波数とを参照して、第三のマイクが取得した音のうち歯科治療器具の回転によって生ずる音の周波数帯域に属すると判断される差分値を抽出し、この差分値を消去するための位相調整が行われるように気導用位相反転手段を制御する音ずれ補正手段と、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システム。
【請求項３】
第一のマイクが、歯科治療器具の切削ドリルからの距離が１０〜３０ｍｍの範囲内である位置に設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の歯科治療器具の消音化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯の切削機として使用されるハンドピース等の歯科治療器具から発生する騒音を消去するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発生する騒音の弊害を解消するためのシステムとして、ＡＮＣ（Active Noise Control）と呼ばれる技術が公知であり、様々な分野で利用されている。ＡＮＣは、入力音波（Primary Noise）の逆位相（Secondary Noise）をＬＭＳ（Least Mean Square；最小自乗平均）アルゴリズムとＤＳＰ（Digital Signal Processor）により作り出し、それを空間に放出して、互いに打ち消しあい消音する技術であり、図１は、そのＡＮＣ等価回路を示している。ＡＮＣ技術は、アナログ値である音をすべてデジタルに変換（Ａ／Ｄ変換）し、ＤＳＰによってＬＭＳアルゴリズムで処理した後、アナログに変換（Ｄ／Ａ変換）して放出している。このため、ＡＮＣは、音波が低周波の場合には有効であるが、高周波の場合には効力が薄れる、ということが証明されている。
【０００３】
下記特許文献１では、ＡＮＣ技術を歯科治療分野に応用して、ハンドピース等の歯科治療用インスツルメントによる騒音の弊害を解消するための歯科治療ユニットを提案している。
【特許文献１】特開平５−２８５１７６号公報
【０００４】
この歯科治療ユニットは、歯科治療中にインスツルメントが発生する音をマイクロホンで検出し、この治療器具が発する音と振幅が略等しく位相が１８０°異なる音をスピーカより発生し、治療器具が発生する音をキャンセルするものである。
【０００５】
一方、高周波の消音には、グラスウール等の遮音材を用いて物理的に音を遮断することにより音の振動を吸収し、減衰又は他のエネルギーに変換することにより消音させる方法が有効であることが証明されている。この方法はパッシブ制御消音技術と呼ばれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
歯科治療において、歯の切削は必要不可欠なものである。しかし、その歯の切削機であるハンドピース（以下、単にハンドピースと呼ぶ）を使用する際に発生する騒音（切削ドリルの回転音、切削音、切削中に用いられる冷却水の噴出音を含む）は、術者・助手・患者のコミュニケーションを困難なものにし、さらに患者にとって痛みのイメージを引き起こすことでストレスの原因となる、という弊害を招いている。
【０００７】
ハンドピース（切削ドリルの回転速度は空転時で３０〜４０万ｒｐｍ）からの騒音は、周波数帯域の観点からみると、５００〜１０００Ｈｚの低周波数音とともに３５００〜４０００Ｈｚの高周波数音の成分が含まれており、ときにこの騒音の周波数成分は５００〜４０００Ｈｚに亘る広い帯域となることもある。
【０００８】
この広い帯域に亘る騒音を消音するには、既述のとおり、一旦騒音のアナログ信号をすべてデジタルに変換して処理するために、低周波に有効ではあるが高周波には効果が薄い従来のＡＮＣ技術のみでは実現不可能である。しかしながら、ハンドピースは患者の口腔内で使用するために必然的に小型化が求められるので、グラスウール等の遮音材を大量に必要とするパッシブ制御消音技術の適用は、物理的に不可能である。故に、現在まで無音化されたハンドピースは存在しなかった。前掲の特許文献１記載の歯科治療ユニットにおいても、従来のＡＮＣ技術に依存して歯科治療用インスツルメントからの発生音を位相反転音の出力によって打ち消そうとしているが、消去しきれなかった高周波成分が患者に聴取されてしまい、前述の課題を完全に解決することができないものであった。
【０００９】
また、同特許文献１記載の歯科治療ユニットでは、ハンドピース等の歯科治療用インスツルメントからの騒音を拾いやすい場所（インスツルメント内、安頭台、術者の胸元、無影灯部、歯科治療椅子のバックレスト側部等）にマイクを設置するものとしているが、口腔内で発生したハンドピース回転音は、口腔外に出たときに周波数が変わって音ずれが生じるため、ハンドピースに取り付けたマイクでハンドピース回転音を直接拾ってその位相反転音を出力しても、該音ずれに相当する音が患者に聞こえてしまい、完全に消音させることができない。他方、口腔外にマイクを設置すると、ハンドピース回転音の音ずれの問題は生じないものの、ハンドピース回転音以外の音、たとえば治療室に流れる音楽や、歯科治療器具をトレーに置くときの金属音、術者が話しかける声、さらには患者自身の声もマイクが拾ってしまうため、これらの位相反転音を出力すると、ハンドピース回転音を含む全ての音が消されて実質的に無音状態となってしまい、結果として、術者と患者との間の重要な会話音声も聞き取りにくくなってしまうという新たな問題が生ずる。同特許文献１では、マイクを複数設置しても良いことが記載されているが、その具体的構成及びその場合の具体的処理については何ら提案されていない。
【００１０】
さらに、ハンドピースからの騒音は、音量・伝播の観点からは、７０〜８０ｄＢのレベルで外部に記録されるが、患者自身が感じる音量としては、実際には８０ｄＢをはるかに超え、１００ｄＢ〜１２０ｄＢになる。その原因は、歯牙から頭骨に伝わる骨伝導による振動音として伝わっているためである。つまり、騒音が人に感知される経路として、気導に加えて骨伝導がある。気導（Air Conduction）は空気中を伝播し、患者の外耳から内耳に伝わる経路であり、骨伝導（Bone Conduction）は頭蓋骨を通して内耳に伝わる経路である。歯科治療切削時のハンドピースによる気導と骨伝導の両方の騒音が大きすぎるため、外部の音が遮蔽される現象、たとえば患者が術者から話しかけられてもその声が騒音にかき消されて聴き取れないといった現象が生じる。
【００１１】
従って、歯科治療器具から発生して患者が騒音として聴取する音を消音するためには、気導及び骨伝導の２系統の伝播を考慮し、対処しなければならない。この点、前掲の特許文献１記載の歯科治療ユニットでは、気導に対してのみ対処しているため、消音化を十分に実現することができないものであった。
【００１２】
以上に詳述したように、ハンドピースを使用する際に発生する騒音は、該騒音が広い周波数帯域に亘っていることや、人の口腔内という狭いスペースが発生源となっていることから、単に従来のＡＮＣ技術を応用しただけでは該騒音の消音化を実現することは困難である。さらに、該騒音は気導と骨伝導の２系統の伝播となっており、前記の問題と併せて、これら伝播を考慮した全面的な消音化システムを開発することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の問題を解消するため、本発明は、ハンドピース等歯科治療器具の回転によって生ずる広い周波数帯域に亘る騒音を、気導と骨伝導の２系統の音伝播を考慮しつつ、実質的に完全に消音化させることができる、新規な歯科治療器具の消音化システムを提供することを目的とする。
【００１４】
この目的を達成するため、請求項１にかかる本発明は、歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で回転しているときの音の周波数を記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かをＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した回転音周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システムである。
【００１５】
請求項２にかかる本発明は、歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で空転しているときに生ずる音の周波数と歯の切削治療に稼働しているときに生ずる音の周波数とを記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換する第一のＡ／Ｄ変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かを第一のＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び／又は稼動中の周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、気導用スピーカからの位相反転音出力によってもなお患者が聴取する音を取得する第三のマイクと、第三のマイクが取得した音をデジタル変換する第二のＡ／Ｄ変換手段と、第二のＡ／Ｄ変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び／又は稼動中の周波数とを参照して、第三のマイクが取得した音のうち歯科治療器具の回転によって生ずる音の周波数帯域に属すると判断される差分値を抽出し、この差分値を消去するための位相調整が行われるように気導用位相反転手段を制御する音ずれ補正手段と、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システムである。
【００１６】
請求項３にかかる本発明は、請求項１又は２の歯科治療器具の消音化システムに用いられる第一のマイクが、歯科治療器具の切削ドリルからの距離が１０〜３０ｍｍの範囲内である位置に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の歯科治療器具の消音化システムによれば、処理部（デジタルライン）と音波回路（アナログライン）とが別個に設けられている。つまり、各マイクが取得した音（騒音）はアナログラインを介して入力補正手段による補正と共に、入力制御手段による適宜入力がなされた後に、この入力音波に対して位相反転音を生成してスピーカから出力している。そして、歯科治療器具は患者の口腔内でのみオンとされるが、実際に患者の歯の切削治療に用いられているか否かを判定するための稼働判定手段や、その判定結果に基づく入力切替手段への入力音波を選択的に制御する入力制御手段を動作させるためのデジタルラインを別個に設けている。このようなシステム構成を採用したことにより、歯科治療器具によって生ずるような広帯域の騒音を消音化することができる。同時に、従来のデジタル処理によるＡＮＣでは不可欠であったＢＰＦ（Band-Pass Filter）を不要にし、より高速化を図ることを可能としている。また、ハンドピースへのマイク内蔵と歯牙圧着マイクとシステムの一連の構成により、骨伝導による騒音にも対処している。
【００１８】
これらを介して歯科治療器具による騒音が実質的に完全に消音されることの結果として、患者が恐怖感やストレスなく治療を受けることができ、術者とのコミュニケーションも可能になる。
【００１９】
なお、本発明のシステムによって歯科治療器具による騒音の消音化を実施した場合、治療中、患者が今治療が為されているのか否かの判断がつかず危険ではないか、という懸念があるかもしれないが、術者が患者の状態や反応に常に気を配りながら治療を行っているため、例えば、走行時の騒音がない自動車が走行中、通行人がその自動車の存在を気づきにくい、という種類の危険性はないことを付記しておく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好適な一実施形態による歯科治療用ハンドピースの消音化システムの概略構成図である図２を、本システムを用いて行う治療イメージ図である図３と共に参照して、以下詳述する。
【００２１】
本システムは、騒音取得手段１０として、ハンドピース１１に内蔵したマイク１２、患者耳元マイク１３、歯牙圧着マイク１４を備えている。ハンドピース内蔵マイク１２は、図４に示すように、ハンドピース１１の切削ドリル１５から若干離れた位置において本体部１６に内蔵されており、ハンドピース１１の切削ドリル１５の回転音を取得する。患者耳元マイク１３は、歯科治療椅子のヘッドレスト１７上又はその近くに設置され、気導の騒音を取得する。歯牙圧着マイク１４は、術者に治療上物理的な障害とならない箇所、たとえば治療場所に対向する上顎歯牙に圧着させるものであり、骨伝導による騒音を取得する。下顎に関しては関節腔により頭骨と連絡しているため下顎歯牙の振動よりは上顎歯牙の振動を検知すれば良いので、下顎歯牙の切削の場合でも上顎歯牙に圧着させる。騒音取得手段１０は、これらの音波をアナログ値として取得する。
【００２２】
メモリ２１を備えた演算／制御手段（以下、ＡＬＵと呼ぶ）２０は、騒音取得手段１０が取得した音波に基づき判定等の演算及び他の構成要素の制御を行う。騒音取得手段１０で取得される音波はアナログ値であるため、これらをＡ／Ｄ変換手段２２，２３，２４による変換後のデジタル値（周波数、振幅等）を、ＡＬＵ２０がデータとして扱う。なお、ハンドピース内蔵マイク１２の音波については増幅手段（ＡＭＰ）２５により最適入力レベルにコントロールした後にＡ／Ｄ変換手段２４でデジタル変換される。
【００２３】
ＡＬＵ２０の重要な役割の一つは、ハンドピース１１の稼動状況、すなわちハンドピース１１が患部の歯を切削中か空転中かを判定することである。この判定は、ハンドピース内蔵マイク１２からの入力音波の周波数がハンドピース１１の空転時（３０〜４０万ｒｐｍ）の周波数と一致するか否かを基準として行う。ハンドピース１１が歯を切削しているときの回転数は空転時（３０〜４０万ｒｐｍ）より大幅に減少して２０万ｒｐｍ程度となるので、発生音の周波数も大きく異なる。従って、入力音波の周波数が空転時の周波数と一致しない場合（閾値を下回っているとき）には切削中であると判定することができる。この判定を行うため、ハンドピース１１の空転時及び切削時の回転音の周波数を、ハンドピースの個体差を考慮して個々のハンドピース毎に、メモリ２１に予め記憶させておく。
【００２４】
骨伝導用入力制御手段（Comparator）３０は、ＡＬＵ２０によるハンドピース稼働状況（切削中／空転中）の判定結果に基づき、歯牙圧着マイク１４からの音波（振動音）をシステム入力音波とするか否かの制御を行う。なお、システム入力音波とは、位相反転手段３１，４１で位相反転音を生成するための処理対象となるべき、騒音取得手段による入力音波のことである。
【００２５】
位相反転手段（Phase Inverter）３１，４０は、システム入力音波の位相反転を行う。なお、単なる位相反転（位相差となる角度１８０度）だけではなく、必要に応じて位相差±４度以内の微調整を行う。
【００２６】
骨伝導用増幅手段（Bone Conduction AMP）３２及び気導用増幅手段（Air Conduction AMP）４１は、それぞれシステム入力音波の位相反転音を最適出力レベルにコントロールする。
【００２７】
骨伝導用スピーカ（Bone Conduction）３３及び気導用スピーカ（Air Conduction）４２は、それぞれ最適出力レベルに調整されたシステム入力音波の位相反転音を発生させるスピーカである。なお、骨伝導用スピーカ３３は歯科治療椅子のヘッドレスト１７部分に設置して治療中の患者の頭蓋骨に振動（位相反転された振動）が直接伝わるようにし、また、気導用スピーカ４２は患者の両耳付近に設置して位相反転音を患者が直接且つ明瞭に聴取できるようにすることが好ましい。
【００２８】
以上の構成要素のうち、骨伝導用入力制御手段３０での入力切替タイミング、位相反転手段３１、４０の位相反転状況、骨伝導用増幅手段３２及び気導用増幅手段４１の機能のオン／オフと最適出力レベルは、ＡＬＵ２０が制御する。
【００２９】
なお、ハンドピース１１の取り扱いについて補足説明すると、ハンドピース稼動時には、切削部が歯を切削するときに発生する摩擦熱を発散させるため、その先端部分から水が放出される仕組みとなっている。そのため、術者は、ハンドピースを必ず患者の口腔内で稼動（スイッチＯＮ／ＯＦＦ）させるようにしている。
【００３０】
ここで、気導の騒音の消音化処理について詳述する。
【００３１】
従来技術として説明した特許文献１記載の歯科治療ユニットでは、既述の通り、患者耳元マイク１３に相当する気導用マイクを安頭台、術者の胸元、無影灯部、歯科治療椅子のバックレスト側部等に設置した場合、気導の騒音すべてを取得し、その位相反転音を同時に出力する方法が採用されていたため、術者と患者の会話音も消音化されてしまうという欠点があり、また、同マイクをハンドピースに設置した場合には音ずれを解消することができないという欠点があり、いずれの場合も、ハンドピースが発する騒音のみを確実に消音させることが困難であった。この問題を解消するため、本システムでは、純粋にハンドピースの騒音のみを取得する方法としてハンドピース内蔵マイク１２を設置するとともに、患者耳元マイク１３をエラーセンサーとして設置して音ずれを解消する手法を提案する。
【００３２】
図５は、システム入力音波（騒音）が、その種類に応じてどの騒音取得手段で取得されるのかを示している。気導の騒音について述べると、ハンドピース内蔵マイク１２は、純粋にハンドピースからの騒音のみ、つまり切削ドリル１５の回転音のみ（厳密に言えば、同時に放出される水音も含まれる）を取得する。本システムでは、このハンドピース内蔵マイク１２で取得した騒音の位相反転音を気導用スピーカ４２から放出することで、騒音の消音化を行う。
【００３３】
ここで留意すべきことは、ハンドピース内蔵マイク１２から気導用スピーカ４２の音を放出するまでの過程は電気的な処理であり、気導用スピーカ４２はハンドピース１１からの騒音よりもわずかながら早く放出されること（背景として、音の伝播速度より電気（信号）速度の方が遥かに速いという事実がある）や、ハンドピースの騒音が口腔内から口腔外に拡散する際、口腔内での反響や頬を介すこと等により若干の誤差（音ずれ）が生じる現象があることの結果として、前記の騒音取得手段としてハンドピース内蔵マイク１２だけを使用してその位相反転音を出力しても完全な消音化を実現することができず、この音ずれの騒音部分が患者に聞こえてしまうことである。そこで、本システムでは、ハンドピース内蔵マイク１２で取得した騒音の位相反転音を気導用スピーカ４２から出力することによってもなお消去しきれない音（該騒音が口腔内から口腔外に出たときに温度等の環境変化によってその周波数や位相が変化した場合に、それによる音ずれとして患者に聴取されてしまう音）を患者耳元マイク１３で取得し、ここで取得した音（差分音波）に基づいて音ずれ補正処理を行う。つまり、患者耳元マイク１３は、ハンドピース内蔵マイク１２を使用してその位相反転処理によって行った消音化の結果を取得して、音ずれ補正用エラーセンサーとして機能するものである。このエラーセンサーとしての機能上は、ハンドピース回転による騒音に相当する音ずれだけを取得すれば良いが、患者耳元マイク１３は開放空間に設置されているため、ハンドピース回転騒音の音ずれだけでなく、会話音声等の周囲の音も一緒に取得してしまうので、下記の処理を行う。
【００３４】
患者耳元マイク１３により取得された騒音、つまり音ずれと会話音声等が含まれた騒音をＡ／Ｄ変換手段２２でＡ／Ｄ変換したデジタルデータから、ＡＬＵ２０は、メモリ２１に予め記憶させておいたハンドピース１１の騒音域（該騒音の周波数範囲）内にある騒音を抽出して音ずれに相当するデータを取得する。次に、この音ずれ相当データに基づくＡＬＵ２０の制御下で、位相反転手段４０は、ハンドピース内蔵マイク１２からの騒音（アナログ値）の位相を微調整（振幅の調整も含む）を行う。この調整を何度も繰り返す（フィードバックする）ことで、最終的には完全な消音化を実現する理想的な位相反転音を出力し、その状態を維持させる。この騒音の音ずれ補正処理は、歯牙圧着マイク１４とＡ／Ｄ変換２３と骨伝導に関する処理手段３０〜３３を除く、全てのシステム構成要素を使って実現している。
【００３５】
この騒音の音ずれ補正処理を概念的に簡略図示したものが図６と図７である。騒音を時間的な流れで見た場合を図示したものが図６の（Ａ）〜（Ｃ）であり、騒音のある瞬間における周波数成分を図示したものが図７の（Ｄ）〜（Ｇ）である。
【００３６】
まず、騒音を時間的な流れで見た場合、（Ａ）は、全く消音化をしていない場合の、ハンドピース内蔵マイク１２と患者耳元マイク１３とで取得される騒音を示している。ここで、ハンドピース内蔵マイク１２の位相反転音だけを出力すると（Ｂ）となり、（Ａ）において患者耳元マイク１３で取得できる騒音と打ち消しあった結果、ハンドピースの音ずれと会話音声等が差分として、患者に聞こえる騒音となる。つまり、この処理による場合は、ハンドピースの音ずれに相当する騒音が患者に聞こえてしまい、ハンドピース騒音の完全無音化を実現することができない。
【００３７】
次に、騒音をある瞬間における周波数成分で見た場合、（Ａ）のある瞬間に相当する騒音の周波数成分表示が（Ｄ）に相当する。（Ｂ）のハンドピース内蔵マイク１２の位相反転音を出力した場合は（Ｅ）に相当し、その結果が患者耳元マイク１３の騒音の周波数成分表示は（Ｆ）になる。ここで、前記したようにＡＬＵ２０は、メモリ２１に予め記憶されているハンドピース１１の騒音域内にある騒音を抽出して音ずれに相当するデータを取得する。
【００３８】
最後に、その音ずれ相当データに基づくＡＬＵ２０の制御下で、位相反転手段４０は、ハンドピース内蔵マイク１２からの騒音の位相を微調整し、理想的な位相反転音を出力する処理を行う。この処理に相当するのが（Ｃ）であり、その結果、周波数成分表示は、（Ｇ）のようになる。なお、騒音の位相の微調整方法はソフトウェア的な処理であり、本システムの本質には直接関連しないため、説明を省略する。また、ハンドピース１１の騒音の音ずれ以外の騒音、例えば周囲で金属の皿を落としたときになる騒音等が、前記のハンドピース１１の騒音域内に入るときにはその騒音は一緒に消音化されてしまうが、通常、不都合になることはない。
【００３９】
本システムでは、上記の騒音の音ずれ補正処理の過程において、ＡＮＣ技術を利用している。既存のＡＮＣ技術の利用方法は、ハンドピース内蔵マイク１２からの入力音をＡ／Ｄ変換して得たデジタルデータを音源として使用する方法であるために、既述のとおり、広い周波数帯域に亘る処理（位相反転手段４０の処理に相当する処理）を瞬時に行うのは非常に困難であった（これは、特に高周波部分では音声の周波数スペクトラム（解析）処理に時間を要するためである）。そこで本システムでは、ＡＬＵ２０が、位相反転手段４０の位相と振幅の調整を制御するデータとしては患者耳元マイク１３からのＡ／Ｄ変換２２のデジタルデータを利用し、音源としてはハンドピース内蔵マイク１２のアナログ値を扱う方法によって、ＡＮＣ技術を利用しているため、前記のデジタルデータを音源とした場合の問題を避けることに成功している。
【００４０】
気導騒音の音ずれ補正処理について説明したが、簡略化したシステム（図８）においては、気導の騒音取得手段としてハンドピース内蔵マイク１２のみを用い、患者耳元マイク１３からの取得音を用いた補正処理を行わずに、ハンドピース内蔵マイク１２が取得したハンドピース騒音の位相反転音を出力する。本システムの場合、図６（Ｂ）を参照して説明したようにハンドピース騒音の音ずれに相当する音が患者に聞こえてしまうことになるが、この音ずれの騒音はハンドピースの騒音全体のうち５％程度であるため、これによっても、ハンドピースの騒音のほとんどを消音化することができる。
【００４１】
なお、歯牙圧着マイク１４から取得した骨伝導の騒音についても、実際に患者に知覚される音との間に若干のずれが生ずるが、その振動ずれはほとんど無視できるレベルのものであるため、気導の音ずれの補正処理に相当するような補正処理は不要である。
【００４２】
本システムにおいて、気導用スピーカ４２は患者耳元マイク１３と接近した位置に設けられるため、ハウリングが生じる可能性があるが、本システムはこのハウリング防止機能も備えている。この機能は、ＡＬＵ２０が気導用増幅手段４１に加えて患者耳元マイク１３からのＡ／Ｄ変換２２も制御可能なことから、ハウリング状態になる手前でＡ／Ｄ変換２２又は気導用増幅手段４１を瞬時にオン／オフあるいは入出力レベルの制御を行うことで実現している。このようなハウリング防止の手法はそれ自体で公知であるので、詳細な説明を割愛する。
【００４３】
以上に説明したハンドピース消音化システムによる処理フローを示すフローチャートである図９を参照して、以下、各ステップを説明する。
【００４４】
Ｓ１：ハンドピース内蔵マイク１２から騒音（アナログ値）を取得する。
【００４５】
Ｓ２：ＡＭＰ２５によって、Ｓ１で取得したハンドピース内蔵マイク１２の騒音を最適入力レベルに増幅する。
【００４６】
Ｓ３：Ａ／Ｄ変換手段２４によって、Ｓ２で増幅されたレベルのハンドピース内蔵マイク１２の騒音をアナログ値からデジタル値に変換する。
【００４７】
Ｓ４：ハンドピースの稼動状況（電源オンにおいて歯の切削に使用中であるか、単に口腔内で空転しているのか）を判定するため、ＡＬＵ２０が、Ｓ３でデジタル変換されたからハンドピース内蔵マイク１２の騒音（デジタル値）の周波数帯域と、予めメモリ２１に記憶させておいたハンドピース空転時の周波数帯域を比較する。判定方法は既述のとおりであり、その結果、切削中であると判定した場合（併せて図１０も参照のこと）はＳ１０とＳ２０へ同時に移行し、空転中と判定した場合（併せて図１１も参照のこと）はＳ２０へ移行する。つまり、ハンドピースの稼動状況によらず、Ｓ２０〜Ｓ２２は常にその処理を行う。
【００４８】
Ｓ１０：Ｓ４においてハンドピース１１が切削中であると判定された結果に基づき、骨伝導用入力制御手段３０が、歯牙圧着マイク１４の振動音（アナログ値）をシステム入力音波とする。
【００４９】
Ｓ１１：位相反転手段３１は、歯牙圧着マイク１４の振動音（アナログ値）を元に、その振動音を打ち消すための位相反転音を出力する。
【００５０】
Ｓ１２：骨伝導用増幅手段３２は、Ｓ１１の出力である歯牙圧着マイク１４の位相反転音を最適出力レベルに増幅する。
【００５１】
Ｓ１３：骨伝導用スピーカ３３は、Ｓ１２が出力した歯牙圧着マイク１４の位相反転音を、患者後頭部に振動音として伝える。この位相反転音が骨伝導用スピーカ３３から出力されることにより、切削中に生じる振動音が打ち消される。
【００５２】
Ｓ２０：Ｓ４においてハンドピース１１が切削中又は空転中であると判定された結果に基づき、位相反転手段４０は、ハンドピース内蔵マイク１２の騒音（アナログ値）を元に、その騒音を打ち消すための位相反転音を出力する。既述のとおり、このステップではハンドピース１１の騒音の音ずれの消音処理が含まれている。
【００５３】
Ｓ２１：気導用増幅手段４１は、Ｓ２０の出力であるハンドピース内蔵マイク１２の位相反転音を最適出力レベルに増幅する。
【００５４】
Ｓ２２：気導用スピーカ４２は、Ｓ２１の出力であるハンドピース内蔵マイク１２の位相反転音を患者耳元で出力する。この出力により、切削中に生じるハンドピース１１本体から発せられる騒音が打ち消される。
【００５５】
なお、既述のとおり、範囲（Ａ）の間のＳ１０からＳ１２までのステップにおいて、ＡＬＵ２０は、歯牙圧着マイク１４で取得した振動音のデジタルデータに基づいて、位相反転手段３１，４０の位相反転状況、骨伝導用増幅手段３２と気導用増幅手段４１での最適出力レベルを制御する役割を担っている。同様に、範囲（Ｂ）の間のＳ２０からＳ２１までのステップにおいては、ＡＬＵ２０は、ハンドピース内蔵マイク１２と患者耳元マイク１３で取得した騒音のデジタルデータに基づいて、骨伝導用入力制御手段３０の入力切替タイミング、位相反転手段４０の位相反転状況、気導用増幅手段４１での最適出力レベルを制御する役割を担っている。また、ＡＬＵ２０は、Ｓ４でハンドピースの稼動状況を判定した後、その結果に応じて骨伝導用増幅手段３２と気導用増幅手段４１の機能のオン／オフを適宜切り替える役割も担っている。
【００５６】
ハンドピース内蔵マイク１２については、ハンドピース１１の切削ドリル１５の高速回転によって生ずる騒音を忠実に取得する必要があり、このための必要条件について発明者が実験を重ねた結果、ハンドピース１１の切削ドリル１５から１０ｍｍ〜３０ｍｍ離れた位置にマイク１２を内蔵させることが望ましいことを知見した。
【００５７】
切削ドリル１５から１０ｍｍに満たない近接した位置にマイク１２を設置した場合は、ハンドピース１１の切削ドリル１５の回転によって発生する騒音よりも、切削ドリル１５を冷却するために同時に放出される冷却水の放水音を拾ってしまう。一方、切削ドリル１５から３０ｍｍを越えて離れた位置にマイク１２を設置した場合は、術者がハンドピ−スを握る部分に近くなってしまい、微妙な回転音が術者の手により吸収され、効果的に拾えないおそれがある。よって、ハンドピース内蔵マイク１２の設置位置から切削ドリル１５までの距離ｄは、１０ｍｍ≦ｄ≦３０ｍｍを満たすことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＡＮＣ等価回路の概略図である。
【図２】本発明の一実施例による歯科治療用ハンドピースの消音化システムの概略構成図である。
【図３】本システムを用いて行う治療イメージ図である。
【図４】本システムに用いられる内蔵マイク付ハンドピースを示すＣＧ図である。
【図５】本システムにおいてシステム入力音波（騒音）の種類に応じた騒音取得手段先を示す図である。
【図６】本システムに用いられるハンドピースの騒音の音ずれ補正処理を時間的な流れで見た場合の概念的に説明する図である。
【図７】本システムに用いられるハンドピースの騒音の音ずれ補正処理をある瞬間における周波数成分表示によって概念的に説明する図である。
【図８】本発明の別の実施例による歯科治療用ハンドピースの消音化システムであって、気導の騒音を取得するためにハンドピースマイクのみを使用する（ハンドピースの騒音の音ずれ補正処理をしない）場合の概略構成図である。
【図９】本システムによる処理フローを示すフローチャートである。
【図１０】本システムにおいてハンドピースが切削中であると判定された場合の音波・信号の流れを示す遷移図である。
【図１１】本システムにおいてハンドピースが空転中であると判定された場合の音波・信号の流れを示す遷移図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  騒音取得手段
１１  ハンドピース（歯科治療器具）
１２  ハンドピース内蔵マイク（第一のマイク）
１３  患者耳元マイク（第三のマイク）
１４  歯牙圧着マイク（第二のマイク）
１５  ハンドピースの切削ドリル
１６  ハンドピースの本体部
１７  歯科治療椅子のヘッドレスト
２０  演算／制御手段（ＡＬＵ）（稼働判定手段、音ずれ補正手段）
２１  メモリ
２２，２３，２４  Ａ／Ｄ変換手段
２５  増幅手段（ＡＭＰ）
３０  骨伝導用入力制御手段（Comparator）
３１  位相反転手段（Phase Inverter）（骨伝導用位相反転手段）
３２  骨伝導用増幅手段（Bone Conduction AMP）
３３  骨伝導用スピーカ（Bone Conduction）
４０  位相反転手段（Phase Inverter）（気導用位相反転手段）
４１  気導用増幅手段（Air Conduction AMP）
４２  気導用スピーカ（Air Conduction）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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